CN106159437A - 共形复合天线组件 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及共形复合天线组件。具体地,涉及一种复合面板,该复合面板可以包括:第一层压板,该第一层压板包括不透射电磁辐射的第一复合材料,所述第一层压板还包括外周边缘和内周边缘;和结构性的第二层压板,该结构性的第二层压板包括能透射电磁辐射的第二复合材料,所述第二层压板沿所述内周边缘设置在所述第一层压板内,并且与所述第一层压板物理接合。
Description
技术领域
本公开总体上涉及天线结构,并且更具体地说,涉及包括具有RF窗口的结构性复合面板(panel)的共形复合天线组件。
背景技术
大多数现代交通工具包括用于通信的天线。传统上,天线被简单地安装(例如,栓接)至交通工具外部。不利的是,外部安装的天线增加了风阻,增加了雷击易感性、具有因环境暴露(例如,积冰)而更高的故障率,增加了天线特征标(signatures)(例如,可视或雷达截面)以及/或受限于结构上合适的安装位置。这些缺点在外部安装的天线随高速交通工具(如飞行器)使用时特别显著。
针对外部安装的天线的缺点的一种解决方案是,利用雷达罩或安装至交通工具外部的其它外罩,来保护外部安装的天线不暴露至环境。虽然雷达罩可以缩减风阻和环境暴露,但他们不是结构性的,并由此,不提供承载或耐冲击特性。
因此,本领域技术人员在共形天线结构领域方面继续着研究和开发努力。
发明内容
在一个实施方式中,所公开复合面板可以包括:结构性的第一层压板,该结构性的第一层压板包括不透射电磁辐射的第一复合材料,所述第一层压板还包括外周边缘和内周边缘;和结构性的第二层压板,该结构性的第二层压板包括能透射电磁辐射的第二复合材料,所述第二层压板沿所述内周边缘设置在所述第一层压板内并且与所述第一层压板物理接合。
在另一实施方式中,所公开的复合结构可以包括互连的多个复合面板,其中,所述多个复合面板中的至少一个复合面板包括:结构性的第一层压板,该结构性的第一层压板包括不透射电磁辐射的第一复合材料,所述第一层压板还包括外周边缘和内周边缘;和结构性的第二层压板,该结构性的第二层压板包括能透射电磁辐射的第二复合材料,所述第二层压板沿所述内周边缘设置在所述第一层压板内并且与所述第一层压板物理接合。
在又一实施方式中,所公开的共形复合天线组件可以包括复合面板,该复合面板包括:结构性的第一层压板,该结构性的第一层压板包括不透射电磁辐射的第一复合材料,所述第一层压板还包括外周边缘和内周边缘;和结构性的第二层压板,该结构性的第二层压板包括能透射电磁辐射的第二复合材料,所述第二层压板沿所述内周边缘设置在所述第一层压板内并且与所述第一层压板物理接合;天线,该天线相对于所述第二层压板定位;以及谐振腔,该谐振腔设置在所述第二层压板和所述天线后面。
根据下面的详细描述、附图以及附属权利要求书,所公开的装置和方法的其它实施方式将变清楚。
附图说明
图1是所公开复合结构的一个实施方式的示意性框图;
图2是图1的第一复合面板的一个实施方式的示意性平面图;
图3是图1的第一复合面板的一个实施方式的示意性截面侧正视图;
图4是图1的第一复合面板的另一实施方式的示意性截面侧正视图;
图5是图1的第一复合面板的另一实施方式的局部示意性截面侧正视图;
图6是图1的所公开复合结构的另一实施方式的局部示意性截面侧正视图;
图7是图1的所公开复合结构的另一实施方式的示意性立体俯视和侧视图;
图8是图1的所公开复合结构的另一实施方式的示意性立体俯视和侧视图;
图9是用于制造图1的共形复合天线组件的所公开方法的一个实施方式的流程图;
图10是飞行器生产和保养方法的框图;以及
图11是飞行器的示意性例示图。
具体实施方式
下列详细描述参照例示了本公开的具体实施方式的附图。具有不同结构和操作的其它实施方式不脱离本公开的范围。相同附图标记可以指不同图中的相同部件或组件。
在图1中,参照上述,连接各个部件和/或组件的实线(若有的话)可以表示机械、电气、流体、光学、电磁以及其它联接和/或其组合。如在此使用的,“联接”意指直接和间接相关联。例如,部件A可以直接关联部件B,或者可以间接与其关联,例如,经由另一部件C。应当明白,并非各种公开部件之间的所有关系都必需加以表示。因此,还可以存在除了框图中描绘的那些以外的其它联接。在不脱离本公开的范围的情况下,按实线示出的一个或更多个部件可以从特殊例中省略。本领域技术人员应当清楚,图1A所示特征中的一些可以按各种方式来组合,而不需要包括图1、其它附图和/或所附公开中描述的其它特征,即使这种组合或多个组件在此未明确地加以例示。类似的是,不限于所呈现示例的附加特征可以与在此所示并描述的一些或全部特征相组合。
参照图1,所公开复合结构的一个实施方式(整体上指定100)可以包括多个复合面板102。可以互连多个复合面板102,以形成具有三维(“3D”)形状104,并且限定中空内部容积106的复合结构100。例如,多个复合面板102可以包括复合面板114(在此还被称为第一复合面板114),和复合面板116(在此还被称为第二复合面板116)。
除非另外加以表明,术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等在此仅被用作标签,而非旨在对这些术语所涉及的项目施加顺序的、定位的、或分层的要求。而且,引用“第二”项不需要或排除存在低编号项(例如“第一”项)和/或更高编号项(例如,“第三”项)。
虽然复合结构100(如图1所示)的一个示例仅包括两个复合面板114、116,但本领域技术人员认识到,复合结构100的其它示例可以包括被适当互连以形成希望3D形状104的任何数量的复合面板102(例如,第三复合面板、第四复合面板等)。
复合结构100可以包括任何希望3D形状104。3D形状104可以包括各种尺度108。作为示例,尺度108可以包括复合结构100的长度尺度、宽度尺度、高度尺度以及/或截面尺度。
多个复合面板102中的至少一个(例如,第一复合面板114)可以包括射频(“RF”)窗口118。RF窗口118可以被配置成,例如按选择波长透射电磁辐射150。作为一个普通的非限制例,RF窗口118可以被配置成,不干涉通过RF天线124发送和/或接收的RF信号(例如,无线电波126)。作作为一个具体的非限制例,RF窗口118可以透射具有从大约3kHz至大约300GHz的频率的无线电波。
仍参照图1,一般来说,RF窗口118的与复合结构100有关的位置(或者RF窗口118在结构部件110上的位置)可以受各种因素支配。作为一个示例,RF窗口118的位置可以受支配于通过RF天线124发送和/或接收的RF信号(例如,无线电波126)的覆盖范围限制,如根据覆盖范围分析所确定的。例如,RF窗口118可以被定位成,限制来自附近障碍物(如交通工具112的其它结构性部件)的遮蔽。作为另一示例,RF窗口118的位置可以受支配于所希望通信的类型。例如,RF窗口118可以被定位成,改进空气至空间(air-to-space)通信、空气至空气(air-to-air)通信以及/或空气至地面(air-to-ground)通信。作为另一示例,RF窗口118的位置可以受支配于结构性部件110的结构性需求,例如,如通过结构性分析所确定的。例如,RF窗口118可以定位于不负面影响结构性部件110用于承受负载的能力的位置(例如,结构上良性的位置)。还作为另一示例,RF窗口118可以位于缩减与其它天线(未明确例示)的干涉的位置处。
RF窗口118的尺度可以受支配于不同因素。例如,尺寸(例如,二维区域和/或厚度)可以例如受支配于天线124的尺寸、无线电波126的频率、无线电波126的希望通带等。
虽然复合结构100(如图1所示)的一个示例可以在多个复合面板102中的一个(例如,第一复合面板114)仅包括一个RF窗口118,但在其它示例中,第一复合面板114可以包括一个以上的RF窗口118(图1中未明确示出)。类似的是,多个复合面板102中的其它复合面板(图1中未明确示出)可以包括至少一个RF窗口118。
参照图2,第一复合面板114的一个实施方式可以包括第一层压板138和第二层压板140。第一层压板138可以包括外周边缘142和内周边缘144。第二层压板140可以沿内周边缘144设置在第一层压板138内,并与其物理接合。第二层压板140可以限定RF窗口118。
作为一个示例,第一层压板138和/或第二层压板140可以是结构性层压板。如在此使用的,术语“结构性”通常指用于处理在交通工具112移动期间(例如,在飞行器飞行期间)遭遇的应变、应力以及/或力(在此通常称为“载荷”)的能力。
参照图1,并且参照图2,第一层压板138可以包括第一复合材料146(图1)。第一复合材料146可以不透射电磁辐射150。作为一个普通的非限制例,第一复合材料146可以被配置成阻挡通过RF天线124发送和/或接收的RF信号(例如,无线电波126)。作为一个具体的非限制例,第一复合材料146可以不透射具有从大约3kHz至大约300GHz的频率的无线电波。
第二层压板140可以包括第二复合材料148(图1)。第二复合材料148可以例如在选择波长下可以透射电磁辐射150。作为一个普通的非限制例,第二复合材料148可以被配置成,不干涉通过RF天线124发送和/或接收的RF信号(例如,无线电波126)。作为一个具体的非限制例,第二复合材料148可以透射具有从大约3kHz至大约300GHz的频率的无线电波。
参照图3,并且参照图1,第一层压板138可以包括至少一个第一纤维加强聚合物层片(或层)152、至少一个第二纤维加强聚合物层片154以及第一芯体156。第一芯体156可以插入第一纤维加强聚合物层片152与第二纤维加强聚合物层片154之间,以形成夹层结构。第二层压板140可以包括至少一个第三纤维加强聚合物层片158、至少一个第四纤维加强聚合物层片160以及第二芯体162。第二芯体162可以插入第三纤维加强聚合物层片158与第四纤维加强聚合物层片160之间,以形成夹层结构。
作为一个普通的非限制例,第一纤维加强聚合物层片152、第二纤维加强聚合物层片154、第三纤维加强聚合物层片158以及第四纤维加强聚合物层片160可以包括:通过聚合物基质材料粘合在一起的加强纤维材料片或底板。该聚合物基质材料可以包括任何合适热固性树脂(例如,环氧树脂)或热塑性树脂。该纤维材料可以包括任何合适的编织或非编织(例如,针织、编制或者缝合)连续加强纤维或细丝。
第一纤维加强聚合物层片152、第三纤维加强聚合物层片158、第一芯体156、第二芯体162、第二纤维加强聚合物层片154,以及第四纤维加强聚合物层片160可以例如在模具(未示出)内连续铺设,并且共同固化以形成第一复合面板114。作为一个示例,第一纤维加强聚合物层片152、第二纤维加强聚合物层片154、第三纤维加强聚合物层片158以及第四纤维加强聚合物层片160可以包括利用聚合物基质材料预浸渍的加强纤维材料片(预浸料),还已知为干敷层。作为另一示例,第一纤维加强聚合物层片152、第二纤维加强聚合物层片154、第三纤维加强聚合物层片158以及第四纤维加强聚合物层片160可以包括加强纤维材料片,并将该聚合物基质材料涂敷至该加强纤维材料,还已知为湿敷层。
第一纤维加强聚合物层片152、第二纤维加强聚合物层片154、第三纤维加强聚合物层片158以及第四纤维加强聚合物层片160中的每一个都可以包括结构性和可透射性特征和/或特性。选定加强纤维材料的结构性和可透射性特征可以包括但不限于,抗张强度、导电性以及/或介电常数。
第一纤维加强聚合物层片152和第二纤维加强聚合物层片154的结构性和可透射性特征可以例如受支配于加强纤维材料和/或聚合物基质材料的抗张强度、导电性以及/或介电常数,并且可以在确定第一纤维加强聚合物层片152和第二纤维加强聚合物层片154的适应性方面加以考虑,以供用于第一层压板138。
作为一个普通的非限制例,第一纤维加强聚合物层片152和/或第二纤维加强聚合物层片154可以是导电的并阻挡电磁辐射150(例如,无线电波126)通过(图1)。作为一个具体的非限制例,第一纤维加强聚合物层片152和/或第二纤维加强聚合物层片154可以是碳纤维加强聚合物。第一纤维加强聚合物层片152和第二纤维加强聚合物层片154可以包括同一构成材料(例如,加强纤维材料和/或聚合物基质材料)或者可以包括不同构成材料。
第三纤维加强聚合物层片158和第四纤维加强聚合物层片160的结构性和可透射性特征可以例如受支配于加强纤维材料和/或聚合物基质材料的抗张强度、导电性以及/或介电常数,并且可以在确定第三纤维加强聚合物层片158和第四纤维加强聚合物层片160的适应性方面加以考虑,以供用于第二层压板140。
作为一个普通的非限制例,第三纤维加强聚合物层片158和/或第四纤维加强聚合物层片160可以是非导电的并允许电磁辐射150(例如,无线电波126)通过(图1)。作为一个具体的非限制例,第三纤维加强聚合物层片158和/或第四纤维加强聚合物层片160可以是玻璃纤维加强聚合物。作为另一具体非限制例,第三纤维加强聚合物层片158和/或第四纤维加强聚合物层片160可以是玻璃纤维加强聚合物。作为另一具体非限制例,第三纤维加强聚合物层片158和/或第四纤维加强聚合物层片160可以是石英纤维加强聚合物。第三纤维加强聚合物层片158和/或第四纤维加强聚合物层片160可以包括同一构成材料(例如,加强纤维材料和/或聚合物基质材料)或者可以包括不同构成材料。
作为一个普通的非限制例,第一芯体156和第二芯体162可以包括实芯材料。作为一个具体的非限制例,第一芯体156和第二芯体162可以包括蜂窝结构芯材。作为另一具体非限制例,第一芯体156和第二芯体162可以包括复合泡沫芯材。作为另一具体非限制例,第一芯体156和第二芯体162可以包括泡沫。
类似的是,第一芯体156和第二芯体162中的每一个都可以包括结构性和透射性特征和/或特性。所选定的芯材的结构性和可透射性特征可以包括但不限于:抗张强度、导电性以及/或介电常数。所选定的芯材的结构性和透射性特征可以在确定第一芯体1556的适应性方面加以考虑以供用于第一层压板138,和/或在确定第二芯体162的适应性方面加以考虑以供用于第二层压板140。
作为一个普通的非限制例,第一芯体156可以是导电的并阻挡电磁辐射150(例如,无线电波126)通过(图1)。作为一个具体的非限制例,第一芯体156可以包括结构性泡沫,如热塑性或热固性复合泡沫。作为另一具体非限制例,第一芯体156可以包括开孔泡沫(opencell foam,),如聚氨酯泡沫。作为另一具体非限制例,第一芯体156可以包括闭孔泡沫。
参照图4,第一层压板138可以包括插针加强(pin-reinforced)的第一芯体164。插针加强的第一芯体164可以是提供结构性第一层压板138的一个示例。还设想了用于形成结构性的第一层压板138的其它技术。作为一个普通的非限制例,插针加强的第一芯体164可以包括利用多个可导电加强插针166加强的闭孔泡沫。作为一个示例,可导电加强插针166可以包括碳。可导电加强插针166可以部分或者完全延伸穿过插针加强的第一芯体164的厚度。
再次参照图3,并且参照图1,作为一个普通的非限制例,第二芯体162可以是非导电电介质,并且允许按选择波长通过电磁辐射150(例如,无线电波126)。作为一个具体的非限制例,第二芯体162可以包括结构性泡沫。作为另一具体非限制例,第二芯体162可以包括开孔泡沫。作为另一具体非限制例,第二芯体162可以包括闭孔泡沫。
再次参照图4,第二层压板140可以包括插针加强的第二芯体168。插针加强的第二芯体168可以是提供结构性第二层压板140的一个示例。还设想了用于形成结构性的第二层压板140的其它技术。作为一个普通的非限制例,插针加强的第二芯体168可以包括利用多个非导电加强插针170所加强的闭孔泡沫。作为一个示例,非导电加强插针170可以包括玻璃。作为另一普通的非限制例,非导电加强插针170可以包括石英。非导电加强插针170可以部分或者完全延伸穿过插针加强的第二芯体168的厚度。作为又一普通的非限制例,插针加强的第二芯体168可以包括非导电插针加强闭孔泡沫。
该加强插针可以向复合面板的芯体提供附加结构完整性。该加强插针还可以被用作缓损和/或限制损坏传播。作为一个示例,在插针加强的第一芯体164中使用可导电加强插针166可以提供高度耐用且防弹的第一层压板138。作为另一示例,在插针加强的第二芯体168中使用非导电加强插针170可以提供高度耐用且防弹的第二层压板140。作为又一示例,在插针加强的第一芯体164中使用可导电加强插针166和在插针加强的第二芯体168中使用非导电加强插针170可以提供高度耐用且防弹的复合面板(例如,第一复合面板114)。
插针加强的第二芯体168还可以包括多个可导电加强插针166。添加可导电加强插针166可以修改插针加强的第二芯体168的透射特性。例如,添加可导电加强插针166可以考虑到插针加强的第二芯体168,并由此,考虑到RF窗口118的频率选择透射特性。
参照图2和3,并且参照图1,当形成包括RF窗口118的复合面板(例如,第一复合面板114)时,第二层压板140被集成至第一层压板138。例如,第三纤维加强聚合物层片158可以沿内周边缘144与第一纤维加强聚合物层片152交错。第二层压板162可以沿内周边缘144与第一芯体156相接(例如,紧接着并连接)。作为一个示例,第二芯体162的外周(未明确例示)可以邻接(例如,接触)第一芯体156的内周(未明确例示)。第四纤维加强聚合物层片160可以沿内周边缘144与第二纤维加强聚合物层片154交错。
参照图5,作为一个示例,第一层压板138可以包括:多个第一纤维加强聚合物层片182(例如,两个或更多个第一纤维加强聚合物层片152),和多个第二纤维加强聚合物层片184(例如,两个或更多个第二纤维加强聚合物层片154)。第二层压板140可以包括:多个第三纤维加强聚合物层片186(例如,两个或更多个第三纤维加强聚合物层片158),和多个第四纤维加强聚合物层片188(例如,两个或更多个第四纤维加强聚合物层片160)。多个第三纤维加强聚合物层片186与多个第一纤维加强聚合物层片182可以交错。多个第四纤维加强聚合物层片188与多个第二纤维加强聚合物层片184可以交错。
多个第三纤维加强聚合物层片186中的至少一个第三纤维加强聚合物层片158的至少一部分在交错时,可以延伸越过多个第一纤维加强聚合物层片182中的至少一个第一纤维加强聚合物层片152的内周边缘212。多个第四纤维加强聚合物层片188中的至少一个第四纤维加强聚合物层片160的至少一部分在交错时,可以延伸越过多个第二纤维加强聚合物层片184中的至少一个第二纤维加强聚合物层片154的内周边缘214。第一芯体156的内周边缘216可以偏离第一纤维加强聚合物层片182的内周边缘212和第二纤维加强聚合物层片184的内周边缘214,以增加第一复合面板114的结构完整性。
本领域技术人员认识到,纤维加强聚合物层片(例如,多个第一纤维加强聚合物层片182、多个第二纤维加强聚合物层片184、多个第三纤维加强聚合物层片186、多个第四纤维加强聚合物层片188)的总数,和/或芯体(例如,第一芯体156和第二芯体162)的厚度可以改变,举例来说,如受支配于第一复合面板114的希望结构性和/或透射性特征、复合结构100(图1)的希望目的等。
参照图6,第一复合面板114可以包括内模线190和外模线192。在例如根据互连的第一复合面板114和第二复合面板116来形成复合结构100时,内模线190可以限定复合结构100的内部表面194,而外模线192可以限定复合结构100的外部表面196。内模线190可以是连续的。外模线192可以是连续的。如在此使用的,“连续”通常指形成完整的整体,或者没有中断。作为一个示例,第一纤维加强聚合物层片152(或者多个第一纤维加强聚合物层片182)(图5)和第三纤维加强聚合物层片158(或者多个第三纤维加强聚合物层片186)(图5)可以形成连续内模线190。作为一个示例,第二纤维加强聚合物层片154(或者多个第二纤维加强聚合物层片184)(图5)和第四纤维加强聚合物层片160(或者多个第四纤维加强聚合物层片188)(图5)可以形成连续外模线192。
RF天线124可以相对于第一复合面板114的RF窗口118定位。作为一个示例,并且如图6最佳地例示,RF天线124可以设置在RF窗口118后面。例如,RF天线124可以在第二层压板140后面,沿第一复合面板114的内模线190(或者复合结构100的内部表面194)联接(例如,联接至内模线190或内部表面194)。在这种示例中,RF天线124可以包括联接(例如,以机械方式连接、以粘附方式粘合等)至第二层压板140的共形天线。作为一个具体的非限制例,RF天线124可以包括结合(例如,以粘附方式结合)至第一复合面板114的内模线190的共形天线贴花(applique),如薄外皮和细枝贴花天线。作为另一具体非限制例,RF天线124可以包括在第二层压板140后面以机械方式联接(例如,扣牢)至第一复合面板114的内模线190(或者复合结构100的内部表面194)的一个或更多个平坦天线振子(例如,偶极子天线、喇叭式天线或贴片天线)。还设想了其它合适类型的天线振子。
作为另一示例(未明确例示),RF天线124可以设置在RF窗口118前面。例如,RF天线124可以在第二层压板140前面,沿第一复合面板114的内模线192(或者复合结构100的外部表面196)联接(例如,联接至其)。作为一个具体的非限制例,RF天线124可以包括结合(例如,以粘附方式结合)至第二层压板140的共形外部天线贴花,如薄外皮和细枝贴花天线。虽然图6中未明确例示,但可以在该天线贴花上涂敷保护涂层,以保护天线贴花不暴露至环境。
RF天线124的辐射部件的形状取决于与其它天线的辐射图案交叠的覆盖范围和偏振希望考虑,以及附近飞行器结构的接近度。在一个具体的非限制例中,该形状可以是提供半球形圆偏振辐射的螺旋形或开缝螺旋形。在另一具体的非限制例中,该形状可以是提供半球形线偏振辐射的曲折螺旋形。在又一具体的非限制例中,该形状可以是提供球形象限辐射的缝式槽口(slot notch)。
在这些示例中的任一者中,RF天线124可以交换(例如,脱离并替换)。作为一个示例,RF天线124可以在损坏或不正常起作用时与新RF天线交换。作为另一示例,RF天线124可以例如根据希望类型的通信与不同类型的RF天线交换(例如,任务专用天线)。
作为又一示例(未明确例示),RF天线124可以插入第二层压板140的夹层结构的层之间。作为一个示例,RF天线124可以插入第三纤维加强聚合物层片158与第二芯体162之间。作为另一示例,RF天线124可以插入第二芯体160与第四纤维加强聚合物层片158之间。作为另一示例,RF天线124可以插入多个第三纤维加强聚合物层片186之间(图5)。作为又一示例,RF天线124可以插入多个第四纤维加强聚合物层片188之间(图5)。在这种示例中,RF天线124可以包括导电箔(例如,铜箔)。
可以将谐振腔198定位在RF窗口118与RF天线124后面。作为一个示例,谐振腔198可以在第二层压板140后面,联接至第一复合面板114的内模线190(或者复合结构100的内部容积106的内部表面194)。谐振腔198可以被配置成,实施从RF天线124发送的电磁辐射150(图1)(例如,按选择波长)(例如,无线电波126)(图1)的单向辐射。谐振腔198还可以被配置成,设置RF天线124的谐振频率(例如,调谐RF天线124)。作为一个示例,谐振腔198可以衬有电介质材料。作为另一示例,谐振腔198可以填充有电介质材料。
谐振腔198的尺度可以受支配于不同因素。例如,谐振腔198的尺寸和/或深度可以受支配于例如RF天线124的尺寸、无线电波126(图1)的频率、该腔内内部使用的用于缩减其深度需求的电介质或其它材料等。
可选的是,可以将线网200插入第一复合面板114的夹层结构内。线网200可以充当雷击分流机构。线网200可以例如按选择频率(例如,无线电波126)(图1)透射电磁辐射150(图1)。作为一个普通的非限制例,线网200可以包括精细铝质网片。作为另一普通的非限制例,线网200可以包括构图化的铝质网箔。
作为一个示例,并且如图6中最佳地例示,线网200可以插入第二纤维加强聚合物层片154与第一芯体156以及第四纤维加强聚合物层片160与第二芯体162之间。作为另一示例(未明确例示),线网200可以插入第一纤维加强聚合物层片152与第一芯体156以及第三纤维加强聚合物层片158与第二芯体162之间。作为另一示例(未明确例示),线网200可以插入多个第二纤维加强聚合物层片184与多个第四纤维加强聚合物层片188之间(图5)。作为另一示例(未明确例示),线网200可以插入多个第一纤维加强聚合物层片182与多个第三纤维加强聚合物层片186之间(图5)。
参照图1,并且参照图6,形成复合结构100的、不包括RF窗口118的多个复合面板102中的任何复合面板(例如,第二复合面板116)都可以包括结构性的第三层压板172。第三层压板172可以包括第三复合材料174(图1)。第三复合材料174可以不透射电磁辐射150。作为一个普通的非限制例,第三复合材料174可以被配置成阻挡通过RF天线124发送和/或接收的RF信号(例如,无线电波126)。作为一个具体的非限制例,第三复合材料174可以不透射具有从大约3kHz至大约300GHz的频率的无线电波。
第三层压板172可以包括至少一个第五纤维加强聚合物层片176、至少一个第六纤维加强聚合物层片178以及第三芯体180。第三芯体180可以插入第五纤维加强聚合物层片176与第六纤维加强聚合物层片178之间,以形成夹层结构。第三层压板172可以包括和第一层压板138相同的构成材料(例如,加强纤维材料和/或聚合物基质材料),或者可以包括不同构成材料。
参照图1,在一个示例实现中,复合结构100可以形成交通工具112的结构性部件。作为一个普通的非限制例,复合结构100(例如,结构性部件110)可以是飞行器(例如,交通工具112)机体的结构性部分。
作为一个具体的非限制例,复合结构100可以是固定翼飞行器(例如,飞行器或固定翼无人驾驶飞行器)的机翼。作为另一具体非限制例,复合结构100可以是固定翼飞行器的水平稳定翼或垂直稳定翼。作为另一具体非限制例,复合结构100可以是旋转翼飞行器(例如,直升机或旋翼无人驾驶飞行器)的机翼。作为又一具体的非限制例,复合结构100可以是旋转翼飞行器的尾桁。因此,3D形状104和/或尺度108可以例如取决于交通工具112的类型(例如,飞行器的类型)、结构性部件110的类型、结构性部件110的尺寸和/或形状等。
参照图7,在一个示例实施方式中,复合结构100(例如,交通工具112的结构性部件)可以是飞行器的复合机翼128(例如,固定翼或旋转翼飞行器)。可以将多个复合面板102互连以形成复合机翼128。例如,多个复合面板102可以包括第一复合面板114、第二复合面板116,第三复合面板120、以及第四复合面板122。在该例示例中,第一复合面板114可以总体上限定复合机翼128的上表面130,第二复合面板116可以总体上限定复合机翼128的下表面132,第三复合面板120可以总体上限定复合机翼128的前缘134,而第四复合面板122可以总体上限定复合机翼128的后缘136。
虽然复合机翼128(如图2所示)的一个示例可以包括四个复合面板102,但本领域技术人员认识到,在其它示例中,可以将任何适合的多个复合面板102和/或任何合适构造的复合面板102用于形成复合机翼128(或者交通工具112的其它结构性部件110)。作为一个示例,复合机翼128可以包括采用蛤壳(clamshell)构造的两个互连复合面板102。例如,第一复合面板114可以总体上限定复合机翼128的上表面130、前缘134的上部以及后缘136的上部。第二复合面板116可以总体上限定复合机翼128的下表面132、前缘134的下部以及后缘136的下部。作为另一示例,可以将四个以上的复合面板102互连,以形成复合机翼128(或者交通工具112的其它结构性部件110)。
复合机翼128可以包括至少一个RF窗口118。RF窗口118可以整体地形成到形成复合机翼128的多个复合面板102中的至少一个复合面板(例如,第一复合面板114)中。作为一个示例,并且如图2中最佳地例示,RF窗口118可以整体地形成到第一复合面板114中。
还参照图7,并且参照图1,可以使用合适的结构和/透射分析,来确定针对交通工具112的、由复合结构100形成的其它类型的结构性部件110(例如,尾桁)上的RF窗口118的恰当位置。作为一个示例,复合机翼128上的RF窗口118的纵向位置可以取决于无线电波126的希望视野覆盖范围和希望偏振、与其它天线的辐射图案交叠的考虑、交通工具112的用于考虑遮蔽和衍射的附近结构(例如,主要或次要结构)的接近度、和/或RF窗口118针对复合机翼128的应变容差的存在性。
如在此使用的,“纵向”和/或“纵向地”通常被定义为该结构的纵向方向。作为一个示例,飞行器上的纵向位置针对该飞行器的长度来定义,并且从该飞行器的前部至后部定义飞行器的纵向方向。作为另一示例,针对该机翼的长度(例如,翼展方向尺度)来定义飞行器机翼上的纵向位置,并且从该机翼的根部(例如,联接至飞行器机身的地方)至该机翼的外侧端定义机翼的纵向方向。
在一个非限制例中,复合机翼128的上表面130中的RF窗口118的布置例如可以考虑与位于另一机翼(未明确例示)中的类似对称天线的辐射图案交叠。在另一非限制例中,沿复合机翼128纵向地布置RF窗口118例如可以考虑针对机翼根部的接近度,典型地讲,大约可操作频带的中心频率的一半至四分之一波长。在另一非限制例中,飞行器机体中的布置例如可以考虑RF窗口118的取向,以支持空气至空气、空气至空间以及/或者空气至地面无线电覆盖。在另一非限制例中,左舷或右舷面板中的RF窗口118的布置例如可以考虑与附近结构的交互作用、与位于飞行器的相对侧上的类似对称天线的辐射图案交叠,和/或RF窗口118的、用于支持空气至空气、空气至空间以及/或者空气至地面无线电覆盖的取向。在又一非限制例中,垂直尾翼或水平翼的前缘或后缘中的RF窗口118的布置例如可以考虑与附近结构的交互作用、与位于飞行器的相对侧上的类似对称天线的辐射图案交叠,以及/或者RF窗口118的、用于支持空气至空气、空气至空间以及/或者空气至地面无线电覆盖的取向。
虽然如图7所示的复合机翼128(例如,复合结构100)的一个示例仅包括位于上表面130上的、用于空气至空间通信的一个RF窗口118(例如,在多个复合面板102中的第一复合面板114中),但在其它示例中,复合机翼128可以包括例如位于同一表面或不同表面上的一个以上的RF窗口118,作为另一RF窗口118(图2中未明确示出)。
还参照图7,复合结构100(例如,复合机翼128)可以包括至少一个访问面板204。访问面板204可以形成在多个复合面板102中的至少一个复合面板(例如,第一复合面板114)中。访问面板204可以被配置成,对复合结构100的内部容积106(图1)提供访问,例如访问RF天线124和/或谐振腔198(图1)。另选的是,如果将RF窗口118定位在复合机翼128根部附近,则可以通过从飞行器的主结构(例如,机体)去除复合机翼1128而容易获取访问。
参照图1,并且参照图6,复合结构100可以包括多个内部支承部202。多个内部支承部202可以联接至复合结构100(例如,多个复合面板102的内模线190(图6))的内部表面194(图6),并且设置在内部容积106内。多个内部支承部202可以增加复合结构100的结构完整性。
图1中的交通工具112、共形复合天线组件210、第一复合面板114以及/或者第二复合面板116的所例示实施方式不是意指暗示针对可以实现不同示例实施方式的方式的物理或结构性限制。除了和/或代替所示特征以外,还可以使用其它特征。在一些示例实施方式中一些特征不是必需的。而且,呈现一些框图来例示一些功能特征。当在不同示例实施方式中实现时,这些框中的一个或更多个可以组合和/或划分成不同框。而且,共形复合天线组件210可以包括除了复合材料(例如,第一复合材料146、第二复合材料148和/或第三复合材料174)和/或芯体(例如,第一芯体156、第二芯体162和/或第三芯体180)以外的其它附加材料。
参照图8,并且参照图1,作为一个示例,多个内部支承部202可以包括翼梁(spar)206和/或肋拱(rib)208。还可以使用其它内部支承部202,例如,纵梁(stringer)、支柱(strut)等。
参照图9,并且参照图1-6,用于制造共形复合天线组件(例如,共形复合天线组件210(图1))的所公开方法的一个实施方式(总体上指定300)可以包括以下步骤:例如在模具上铺设至少一个第一纤维加强聚合物层片152,如框302所示。第一纤维加强聚合物层片152可以包括根据内周边缘212(图5)限定的开口。
方法300还可以包括以下步骤:在第一纤维加强聚合物层片152上铺设至少一个第三纤维加强聚合物层片158,如框304所示。第三纤维加强聚合物层片158可以定位在第一纤维加强聚合物层片152中的开口内,并且沿内周边缘212接合。例如,第三纤维加强聚合物层片158可以与第一纤维加强聚合物层片152交错。
方法300还可以包括以下步骤:在第一纤维加强聚合物层片152和第三纤维加强聚合物层片158上铺设第一芯体156和第二芯体162,如框306所示。可以将第一芯体156设置在第一纤维加强聚合物层片152上。可以将第二芯体162设置在第三纤维加强聚合物层片158上。作为一个示例,第一芯体156可以包括根据内周边缘216(图5)限定的开口。可以将第二芯体162定位在第一芯体中的开口内,并且沿内周边缘216接合。作为另一示例,第一芯体156例如可以通过利用多个导电加强插针166(例如,图4所示插针加强的第一芯体164)来形成,而第二芯体162例如可以通过利用多个非导电加强插针170(例如,图4所示的插针加强的第二芯体168)而形成在内周边缘216内。
方法300还可以包括以下步骤:在第一芯体156上铺设第二纤维加强聚合物层片154,如框308所示。第二纤维加强聚合物层片154可以包括根据内周边缘214(图5)限定的开口。第二纤维加强聚合物层片154中的开口可以使第二芯体162暴露。
方法300还可以包括以下步骤:在第二纤维加强聚合物层片154的至少一部分和第二芯体162上铺设至少一个第四纤维加强聚合物层片160,如框310所示。第四纤维加强聚合物层片160可以定位在第二纤维加强聚合物层片154中的开口内,并且沿内周边缘214接合。例如,第四纤维加强聚合物层片160可以与第二纤维加强聚合物层片154交错。
方法300还可以包括以下步骤:共同固化第一纤维加强聚合物层片152、第二纤维加强聚合物层片154、第一芯体156、第三纤维加强聚合物层片158、第四纤维加强聚合物层片160、以及第二芯体162,以形成第一复合面板114,如框312所示。
由此,第一纤维加强聚合物层片152、第二纤维加强聚合物层片154、第一芯体156、第三纤维加强聚合物层片158、第四纤维加强聚合物层片160以及第二芯体162可以形成具有夹层结构的第一复合面板114。第一纤维加强聚合物层片152、第二纤维加强聚合物层片154以及第一芯体156可以形成第一复合面板114的第一层压板138。第三纤维加强聚合物层片158、第三纤维加强聚合物层片160以及第二芯体162可以形成第一复合面板114的第二层压板140。第二层压板140可以与第一层压板138集成(例如,共用公共内模线190和外模线192(图6)),并且限定第一复合面板114中的RF窗口118。
方法300还可以包括以下步骤:将RF天线124例如靠近RF窗口118的一侧(例如,RF窗口上或者附近),联接至第一复合面板114,如框314所示。作为一个示例,可以将RF天线124在RF窗口118后面联接至第一复合面板114(例如,环绕内模线190(图6)联接至第二层压板140)。作为一个示例,可以将RF天线124在RF窗口118前面联接至复合面板114(例如,环绕外模线192(图6)联接至第二层压板140)。作为另一示例,RF天线124可以插入第二层压板140内。
方法300还可以包括以下步骤:将谐振腔198(图6)定位在RF窗口118和RF天线124后面,如框316所示。作为一个示例,可以将谐振腔198在RF窗口118和RF天线124后面联接至第一复合面板114(例如,环绕内模线190(图6)联接至第二层压板140)。
方法300还可以包括以下步骤:互连第一复合面板114与至少一个附加复合面板(例如,第二复合面板116(图1)),以形成复合结构100,如框318所示。
复合结构100可以形成交通工具112(图1)的结构性部件110。作为一个示例,并且如图7所示,复合结构100可以形成飞行器的复合机翼128。由此,复合结构100(例如,复合机翼128)可以包括共形复合天线组件210。
在不脱离本公开的范围的情况下,可以对方法300进行修改、添加或省略。方法300可以包括更多、更少或其它步骤。另外,步骤可以按任何合适次序来执行。而且,方法300可以包括除了复合材料(例如,第一复合面板114和/或第二复合面板116(图1))和/或芯体(例如,第一芯体156、第二芯体162和/或第三芯体180(图1))以外的其它附加材料。
本公开的示例可以在如图10所示飞行器制造和保养方法1100和如图11所示飞行器1200的背景下进行描述。在预生产期间,例示性方法1100可以包括飞行器1200的规范和设计(如框1102所示)以及材料采购(如框1104所示)。在生产期间,可以进行飞行器1200的部件和子组件制造(如框1106所示)以及系统集成(如框1108所示)。此后,飞行器1200可以经历认证和交付(如框1110所示),要进行使用(如框1112所示)。在使用中,飞行器1200可以被安排例行维护和保养,如框1114所示。例行维护和保养可以包括对飞行器1200的一个或更多个系统的修改、重新配置、整修等。
例示性方法1100的每一个过程都可以通过系统集成商、第三方以及/或操作员(例如,消费者)来执行或完成。出于本描述的目的,系统集成商可以无限制地包括任何数量的飞行器制造商和主系统分包商;第三方可以无限制地包括任何数量的厂商、分包商以及供应商;而操作员可以是航线、租赁公司、军事实体、保养机构等。
如图11所示,根据例示性方法1100生产的飞行器1200可以包括具有多个高级系统1204和内部1206的机体1202。高级系统1204的示例包括以下中的一个或更多个:推进系统1208、电气系统1210、液压系统1212以及环境系统1214。可以包括任何数量的其它系统。尽管示出了航天示例,但在此公开的原理可以应用至其它工业,如汽车和船舶工业。
在此示出或描述的装置和方法可以在制造和保养方法1100的任一个或更多个阶段期间采用。例如,与部件和子组件制造(框1106)相对应的部件或子组件可以按与在飞行器1200处于使用中时(框1112)所生产的部件或子组件类似的方式来制作或制造。而且,本装置和方法的一个或更多个示例,或其组合可以在生产阶段(框1108和1110)期间加以利用,例如,通过在飞行器制造和保养过程中大致缩减与假冒部件相关联的风险。类似的是,例如并且无限制地,当飞行器1200在使用中时(框1112)和在维护和保养阶段(框1114),本装置和方法的一个或更多个示例,或其组合可以加以利用。
而且,本公开包括根据下列条款的实施方式:
1、一种复合面板,该复合面板包括:
第一层压板,该第一层压板包括不透射电磁辐射的第一复合材料,所述第一层压板还包括外周边缘和内周边缘;以及
第二层压板,该第二层压板包括能透射电磁辐射的第二复合材料,所述第二层压板沿所述内周边缘设置在所述第一层压板内并且与所述第一层压板物理接合。
2、根据条款1所述的复合面板,其中,所述第一层压板包括:
至少一个第一纤维加强聚合物层片;
至少一个第二纤维加强聚合物层片;以及
第一芯体,该第一芯体插入所述第一纤维加强聚合物层片与所述第二纤维加强聚合物层片之间,以形成第一夹层结构。
3、根据条款2所述的复合面板,其中,所述第二层压板包括:
至少一个第三纤维加强聚合物层片;
至少一个第四纤维加强聚合物层片;以及
第二芯体,该第二芯体插入所述第三纤维加强聚合物层片与所述第四纤维加强聚合物层片之间以形成第二夹层结构。
4、根据条款3所述的复合面板,其中:
所述第三纤维加强聚合物层片与所述第一纤维加强聚合物层片交错,
所述第四纤维加强聚合物层片与所述第二纤维加强聚合物层片交错,并且
所述第二芯体与所述第一芯体邻接。
5、根据条款3所述的复合面板,其中,所述第三纤维加强聚合物层片、所述第四纤维加强聚合物层片、以及所述第二芯体不导电并且是电介质。
6、根据条款3所述的复合面板,所述复合面板还包括:
天线;以及
谐振腔,该谐振腔设置在所述第二层压板和所述天线后面。
7、根据条款6所述的复合面板,其中,所述天线插入所述第三纤维加强聚合物层片与所述第二芯体之间。
8、根据条款6所述的复合面板,其中,所述天线插入所述第二芯体与所述第四纤维加强聚合物层片之间。
9、根据条款6所述的复合面板,所述复合面板还包括:
内模线,该内模线由所述第一层压板和所述第二层压板限定;
外模线,该外模线由所述第一层压板和所述第二层压板限定,并且
其中,所述天线沿所述内模线联接至所述第二层压板。
10、根据条款6所述的复合面板,所述复合面板还包括:
内模线,该内模线由所述第一层压板和所述第二层压板限定;
外模线,该外模线由所述第一层压板和所述第二层压板限定,并且
其中,所述天线沿所述外模线联接至所述第二层压板。
11、一种复合结构,该复合结构包括:
互连的多个复合面板,其中,所述多个复合面板中的至少一个复合面板包括:
第一层压板,该第一层压板包括不透射电磁辐射的第一复合材料,所述第一层压板还包括外周边缘和内周边缘;以及
第二层压板,该第二层压板包括能透射电磁辐射的第二复合材料,所述第二层压板沿所述内周边缘设置在所述第一层压板内并且与所述第一层压板物理接合。
12、根据条款11所述的复合结构,其中,所述第一层压板包括:
至少一个第一纤维加强聚合物层片;
至少一个第二纤维加强聚合物层片;以及
第一芯体,该第一芯体插入所述第一纤维加强聚合物层片与所述第二纤维加强聚合物层片之间以形成第一夹层结构。
13、根据条款12所述的复合结构,其中,所述第二层压板包括:
至少一个第三纤维加强聚合物层片;
至少一个第四纤维加强聚合物层片;以及
第二芯体,该第二芯体插入所述第三纤维加强聚合物层片与所述第四纤维加强聚合物层片之间,以形成第二夹层结构。
14、根据条款13所述的复合结构,其中:
所述第三纤维加强聚合物层片与所述第一纤维加强聚合物层片交错,
所述第四纤维加强聚合物层片与所述第二纤维加强聚合物层片交错,并且
所述第二芯体邻接所述第一芯体。
15、根据条款11所述的复合结构,所述复合结构还包括:
天线;以及
谐振腔,该谐振腔设置在所述第二层压板和所述天线后面。
16、根据条款11所述的复合结构,其中,所述复合结构形成交通工具的结构性部件。
17、根据条款11所述的复合结构,其中,所述复合结构形成飞行器的复合机翼。
18、一种共形复合天线组件,该共形复合天线组件包括:
复合面板,该复合面板包括:
第一层压板,该第一层压板包括不透射电磁辐射的第一复合材料,所述第一层压板还包括外周边缘和内周边缘;以及
第二层压板,该第二层压板包括能透射电磁辐射的第二复合材料,所述第二层压板沿所述内周边缘设置在所述第一层压板内并且与所述第一层压板物理接合;
天线,该天线相对于所述第二层压板定位;以及
谐振腔,该谐振腔设置在所述第二层压板和所述天线后面。
19、根据条款18所述的共形复合天线组件,其中:
所述第一层压板包括:
至少一个第一纤维加强聚合物层片;
至少一个第二纤维加强聚合物层片;以及
第一芯体,该第一芯体插入所述第一纤维加强聚合物层片与所述第二纤维加强聚合物层片之间,以形成第一夹层结构,
所述第二层压板包括:
至少一个第三纤维加强聚合物层片;
至少一个第四纤维加强聚合物层片;以及
第二芯体,该第二芯体插入所述第三纤维加强聚合物层片与所述第四纤维加强聚合物层片之间,以形成第二夹层结构,
所述第三纤维加强聚合物层片与所述第一纤维加强聚合物层片交错,
所述第四纤维加强聚合物层片与所述第二纤维加强聚合物层片交错,并且
所述第二芯体邻接所述第一芯体。
20、根据条款18所述的共形复合天线组件,其中,所述复合面板互连至至少一个附加复合面板,以形成复合结构。
尽管已经示出并描述了所公开装置和方法的不同实施方式,但本领域技术人员通过阅读本说明书,可以想到修改例。本申请包括这种修改例,并且仅通过权利要求书的范围来限制。
Claims (10)
1.一种复合面板,该复合面板包括:
第一层压板(138),该第一层压板(138)包括不透射电磁辐射的第一复合材料(146),所述第一层压板还包括外周边缘(142)和内周边缘(144);以及
第二层压板(140),该第二层压板(140)包括能透射电磁辐射的第二复合材料(148),所述第二层压板沿所述内周边缘设置在所述第一层压板内并且与所述第一层压板物理接合。
2.根据权利要求1所述的复合面板,其中,所述第一层压板(138)包括:
至少一个第一纤维加强聚合物层片(152);
至少一个第二纤维加强聚合物层片(154);以及
第一芯体(156),该第一芯体(156)插入所述第一纤维加强聚合物层片与所述第二纤维加强聚合物层片之间,以形成第一夹层结构。
3.根据权利要求2所述的复合面板,其中,所述第二层压板(140)包括:
至少一个第三纤维加强聚合物层片(158);
至少一个第四纤维加强聚合物层片(160);以及
第二芯体(162),该第二芯体(162)插入所述第三纤维加强聚合物层片与所述第四纤维加强聚合物层片之间,以形成第二夹层结构。
4.根据权利要求3所述的复合面板,其中:
所述第三纤维加强聚合物层片(158)与所述第一纤维加强聚合物层片(152)交错,
所述第四纤维加强聚合物层片(160)与所述第二纤维加强聚合物层片(154)交错,并且
所述第二芯体(162)与所述第一芯体(156)相接。
5.根据权利要求3所述的复合面板,其中,所述第三纤维加强聚合物层片(158)、所述第四纤维加强聚合物层片(160)、以及所述第二芯体(162)不导电并且是电介质。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的复合面板,所述复合面板还包括:
天线(124);以及
谐振腔(198),该谐振腔(198)设置在所述第二层压板(140)和所述天线后面。
7.根据权利要求6所述的复合面板,其中,所述天线(124)插入所述第三纤维加强聚合物层片(158)与所述第二芯体(162)之间。
8.根据权利要求6所述的复合面板,其中,所述天线(124)插入所述第二芯体(162)与所述第四纤维加强聚合物层片(160)之间。
9.根据权利要求6所述的复合面板,所述复合面板还包括:
内模线(190),该内模线(190)由所述第一层压板(138)和所述第二层压板(140)限定;
外模线(192),该外模线(192)由所述第一层压板和所述第二层压板限定,并且
其中,所述天线(124)沿所述内模线联接至所述第二层压板。
10.根据权利要求6所述的复合面板,所述复合面板还包括:
内模线(190),该内模线(190)由所述第一层压板(138)和所述第二层压板(140)限定;
外模线(192),该外模线(192)由所述第一层压板和所述第二层压板限定,并且
其中,所述天线(124)沿所述外模线联接至所述第二层压板。
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